DE102008015949A1 - Test method and device for a manipulator brake - Google Patents
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Abstract
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Prüfen einer Bremse eines Manipulators, insbesondere eines Roboters (1), umfasst die Schritte: Aufbringen einer vorgegebenen Antriebskraft (tauA) auf den Manipulator (S10); Schließen der Bremse (S20); Erfassen der Bewegung (q; dq/dt; d2q/dt2) des Manipulators (S30) und Bewerten der Bremse auf Basis der erfassten Bewegung (S40).A method according to the invention for testing a brake of a manipulator, in particular of a robot (1), comprises the steps of: applying a predetermined driving force (tauA) to the manipulator (S10); Closing the brake (S20); Detecting the movement (q; dq / dt; d2q / dt2) of the manipulator (S30) and evaluating the brake based on the detected movement (S40).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen einer Bremse eines Manipulators, insbesondere eines Roboters.The The present invention relates to a method and an apparatus for testing a brake of a manipulator, in particular a robot.
Die
Bewegungsachsen von Manipulatoren, insbesondere Industrie-, Leichtbau-
oder Telerobotern, werden im Betrieb im Allgemeinen durch die Antriebe
gebremst, die hierzu entsprechende Bremskräfte entgegen
der Bewegungsrichtung aufbringen. Bremsen werden vorwiegend als
Feststellbremsen zur Sicherung der Pose des stillstehenden Manipulators
eingesetzt. Beispielsweise für einen schnellen Nothalt
können jedoch die Bremsen auch zusätzlich zu den
Antrieben oder, beispielsweise bei einem Stop 0 gemäß
Die
Aufgrund
der unterschiedlichen Werte von Haft- und Gleitreibungskoeffizienten
können Bremsen regelmäßig im Stillstand
Haltekräfte aufbringen, die höher sind als die
eine Bewegung abbremsenden Bremskräfte im Betrieb. Ist
die maximale Haftreibkraft einer Bremse überschritten,
beginnt der Manipulator, sich zu bewegen, wobei die weiterhin geschlossene Bremse
dieser Bewegung ein geringeres Bremsmoment entgegensetzt. Insbesondere,
um die Funktion einer Bremse als Betriebsbremse, also zum Abbremsen
einer Bewegung zu bewerten, ist daher das Verfahren der
Die
Nachteilig werden bei diesem Test die Bremse, die schleifend durch den Elektromotor durchgedreht wird, sowie der Elektromotor, der die geschlossene Bremse überwinden und eine vorgegebene Solldrehzahl halten muss, hoch belastet. Zudem ist dieses Prüfverfahren an bisherige Robotersteuerungen angepasst, die in der Regel positionsgeregelt ausgebildet sind und auf der Vorgabe einer Sollposition bzw. – drehzahl basieren. Zunehmend werden jedoch in Manipulatoren, insbesondere in Robotern, modellbasierte Regelungen, beispielsweise Kraftregelungen eingesetzt, in denen Soll-Antriebskräfte vorgegeben werden.adversely In this test, the brakes are being dragged by the electric motor is rotated, as well as the electric motor, the closed Overcome the brake and maintain a specified setpoint speed must, heavily loaded. In addition, this test method is on adapted previous robot controls, which formed usually position-controlled are and on the specification of a desired position or - speed based. Increasingly, however, in manipulators, in particular in robots, model-based regulations, such as force regulations used in which target drive forces are specified.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Prüfung einer Bremse eines Manipulators zu verbessern.task The object of the present invention is to test a brake to improve a manipulator.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 12 stellt eine Vorrichtung, Anspruch 13 bzw. 14 ein Computerprogramm bzw. ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.These The object is achieved by a method having the features of the claim 1 solved. Claim 12 provides a device claim 13 and 14 a computer program or a computer program product for Implementation of a method according to claim 1 under protection. The subclaims relate to advantageous developments.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Prüfen einer oder mehrerer, insbesondere aller Bremsen eines Manipulators, insbesondere eines Roboters wie beispielsweise eines Industrie-, Leichtbau- oder Teleroboters. Die zu prüfende Bremse kann dabei insbesondere mechanisch, beispielsweise als Scheiben-, Trommel-, Keil- oder Backenbremse, oder elektrodynamisch, beispielsweise als Wirbelstrom- oder Lamellenbremse oder Bremsgenerator wirken. Sie kann vorzugsweise elektrisch, elektromagnetisch, elektromotorisch, hydraulisch und/oder pneumatisch durch eine Bremssteuerung aktuiert werden, die in einer bevorzugten Ausführung ebenso wie eine Prüfvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Robotersteuerung implementiert oder als separate Einrichtung vorgesehen sein kann. Der Begriff „Steuerung” umfasst vorliegend ausdrücklich auch eine Regelung.One Inventive method is used for testing one or more, in particular all brakes of a manipulator, especially a robot such as an industrial, Lightweight or Teleroboters. The brake to be tested can in particular mechanically, for example as disc, drum, Wedge or shoe brake, or electrodynamically, for example as Eddy current or multi-disc brake or brake generator act. she may preferably be electrical, electromagnetic, electromotive, hydraulically and / or pneumatically actuated by a brake control, in a preferred embodiment as well as a tester for carrying out a method according to the invention Method implemented in a robot controller or as a separate Device can be provided. The term "control" as used herein expressly a regulation.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine vorgegebene Antriebskraft auf den Manipulator aufgebracht. Zur einheitlicheren Darstellung wird ein gegensinnig gleiches Kräftepaar, i. e. ein Drehmoment, im Folgenden ebenfalls als Kraft bezeichnet, so dass beispielsweise eine Antriebs- oder Bremskraft gleichermaßen ein Antriebs- bzw. Bremsdrehmoment bezeichnet und Kraftsensoren auch Drehmomentsensoren umfassen.To the inventive method is a predetermined Driving force applied to the manipulator. To the more uniform Representation becomes an opposing force pair, i. e. a torque, hereinafter also referred to as a force, so that, for example, a drive or braking force alike denotes a drive or brake torque and force sensors also include torque sensors.
Das Aufbringen einer vorgegebenen Antriebskraft umfasst dabei insbesondere die Vorgabe eines zeitlichen und/oder zustandsabhängigen Verlaufs der Antriebskraft, beispielsweise einer wenigstens stückweise konstanten, insbesondere auch verschwindenden Antriebskraft, einer mit der Zeit linear, quadratisch oder gemäß einer anderen vorgegebenen Funktion größer oder kleiner werdenden Antriebskraft, oder einer Antriebskraft, die von Zustandsgrößen des Manipulators, insbesondere einer oder mehrerer Achspositionen und/oder -geschwindigkeiten abhängt. Solche Antriebskräfte können vorteilhafterweise durch kraftgeregelte Antriebe, insbesondere kraftgeregelte Elektromotoren aufgebracht werden. Dabei kann durch geeignete Vorgabe der Antriebskraft vorteilhafterweise eine Belastung der Bremse und des Antriebs bei der Prüfung reduziert werden.The application of a predetermined driving force comprises in particular the specification of a temporal and / or state-dependent Ver Running of the driving force, for example, an at least piecewise constant, especially vanishing driving force, with a time linear, square or according to another predetermined function larger or smaller driving force, or a driving force of state variables of the manipulator, in particular one or more axis positions and / or speeds depends. Such driving forces can advantageously be applied by force-controlled drives, in particular force-controlled electric motors. It can be reduced by suitable specification of the driving force advantageously a load of the brake and the drive during the test.
Während die vorgegebene Antriebskraft auf den Manipulator aufgebracht wird, wird die zu prüfende Bremse geschlossen. Somit kann die Funktion der Bremse als Betriebsbremse, i. e. zum Abbremsen einer Bewegung überprüft werden. Bevorzugt wird die Bremse dabei vollständig geschlossen, indem etwa eine Spannung, die eine elektromagnetisch aktuierte Bremse lüftet, auf Null gesenkt wird. Gleichermaßen ist es jedoch auch möglich, die Bremse gezielt unvollständig, beispielsweise zu einem vorgegebenen Prozentsatz eines Maximalzustandes zu schließen, um die in diesem Zustand geleistete Bremswirkung zu prüfen. Hierzu kann beispielsweise die lüftende Spannung auf einen geringeren Wert abgesenkt werden, so dass die Bremse teilweise, aber noch nicht vollständig geschlossen ist. Bevorzugt können diesbezüglich auch mehrere Stellungen der Bremse geprüft werden, etwa eine Bremsleistung bei einer zu 25%, zu 50%, zu 75% und zu 100% geschlossenen Bremse, wobei 0% einer vollständig gelüfteten Bremse und 100% einer nicht gelüfteten Bremse entspricht.While the predetermined driving force is applied to the manipulator, the brake to be tested is closed. Thus, the Function of the brake as a service brake, i. e. to slow down one Movement to be checked. The brake is preferred completely closed, such as a voltage, which releases an electromagnetically actuated brake Zero is lowered. However, it is equally possible the brake targeted incomplete, for example, to a to close the predetermined percentage of a maximum state, to check the braking effect of this condition. For this purpose, for example, the venting tension on a lower value so that the brake partially, but not yet completely closed. Prefers can in this regard also several positions of Brake are tested, about a braking performance at a to 25%, 50%, 75% and 100% closed brake, with 0% a fully released brake and 100% one not ventilated brake corresponds.
Dabei und/oder anschließend wird eine Bewegung des Manipulators erfasst. Dies kann beispielsweise die Erfassung des zeitlichen Verlaufs der Position des Manipulators, also der Position bzw. Stellung einer oder mehrerer, insbesondere aller Achsen des Roboters, aber auch der Lage und/oder Orientierung eines Referenzkoordinatensystems des Manipulators, beispielsweise seines Tool Center Points (TCP) umfassen.there and / or subsequently a movement of the manipulator detected. This can be, for example, the recording of the time course the position of the manipulator, so the position or position of a or more, especially all axes of the robot, but also the location and / or orientation of a reference coordinate system of the manipulator, for example its Tool Center Point (TCP) include.
Hierzu können beispielsweise die Achs- oder Gelenkwinkel durch Winkelencoder oder dergleichen erfasst und, gegebenenfalls, mittels Vorwärtskinematik in kartesische Koordinaten, Denavit-Hartenberg-Parameter oder dergleichen transformiert werden.For this For example, the axle or joint angle through Angle encoder or the like detected and, if necessary, by means of Forward kinematics in Cartesian coordinates, Denavit-Hartenberg parameters or the like.
Aus der Position kann, vorzugsweise durch ein- bzw. mehrfache numerische Differentiation, die Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung des Manipulators bestimmt werden. Gleichermaßen kann die Geschwindigkeit auch beispielsweise durch Tachogeneratoren oder dergleichen erfasst werden. Die Beschleunigung kann beispielsweise hieraus durch numerische Differentiation gewonnen oder durch Beschleunigungssensoren oder dergleichen ihrerseits erfasst werden. Grundsätzlich sind auch noch höhere Zeitableitungen, beispielsweise ein Ruck des Manipulators als Zeitableitung seiner Beschleunigung denkbar, so dass allgemein die Bewegung des Manipulators seine Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder noch höhere Zeitableitungen, jeweils im Koordinatenraum der Gelenk- bzw. Achspositionen und/oder im kartesischen Arbeitsraum des Manipulators umfassen kann.Out the position can, preferably by single or multiple numerical Differentiation, the speed or acceleration of the manipulator be determined. Similarly, the speed also detected for example by tachogenerators or the like become. The acceleration can, for example, by numerical Differentiation gained or by acceleration sensors or such in turn are detected. Basically even higher time derivatives, such as a jerk of the manipulator as a time derivation of its acceleration conceivable so that in general the movement of the manipulator its position, Speed, acceleration and / or even higher time derivatives, each in the coordinate space of the joint or axle positions and / or may include in the Cartesian workspace of the manipulator.
Auf Basis dieser erfassten Bewegung wird nun erfindungsgemäß die Bremse bewertet. Denn die (wenigstens teilweise) geschlossene Bremse übt eine Bremskraft TB auf den Manipulator aus, die zusammen mit den weiteren auf ihn wirkenden Kräften, insbesondere der (vorgegebenen) Antriebskraft TA, der Gewichtskraft, einer Reibkraft, gyroskopischen Kräften wie Zentrifugal- und Corioliskraft und dergleichen, die Bewegung des Manipulators gemäß bestimmen, wobei M die generalisierte Massenmatrix, dnq/dtn die n-te Zeitableitung der generalisierten Koordinaten, beispielsweise der Gelenkpositionen, und h den Vektor der übrigen generalisierten Kräfte bezeichnet. Die von der zu prüfenden Bremse aufgebrachte Bremskraft beeinflusst daher die Beschleunigung und entsprechend insgesamt die Bewegung des Manipulators. Bringt beispielsweise eine vollständig geschlossene Bremse eine sehr hohe Betriebsbremskraft auf, so erfährt der Manipulator eine entsprechende hohe negative Beschleunigung.Based on this detected movement, the brake is now evaluated according to the invention. Because the (at least partially) closed brake exerts a braking force T B on the manipulator, which together with the other forces acting on it, in particular the (predetermined) driving force T A , the weight, a frictional force, gyroscopic forces such as centrifugal and Coriolis and the like, the movement of the manipulator according to where M denotes the generalized mass matrix, d n q / dt n the n-th time derivative of the generalized coordinates, for example, the joint positions, and h the vector of the remaining generalized forces. The braking force applied by the brake to be tested therefore influences the acceleration and accordingly the movement of the manipulator. If, for example, a completely closed brake applies a very high service brake force, then the manipulator experiences a correspondingly high negative acceleration.
Zur Bewertung der Bremse auf Basis der erfassten Bewegung wird daher in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung eine die Bewegung beschreibende Größe, insbesondere die Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Manipulators mit einem zulässigen Grenzwert verglichen. Liegt beispielsweise die durch die Bremse erzielte negative Beschleunigung über einem von der Bremse im Betrieb mindestens zu erreichenden Verzögerung, wird die Bremse als funktionstüchtig bewertet. Zusätzlich oder alternativ kann die Bewertung auch auf Basis der Geschwindigkeit erfolgen, indem beispielsweise erfasst wird, ob eine gebremste Bewegung trotz beschleunigender Kräfte durch Antrieb, Gravitation oder dergleichen eine zulässige Geschwindigkeit nicht überschreitet.to Evaluation of the brake based on the detected movement is therefore in an embodiment of the present invention, a Movement descriptive size, especially the Position, speed and / or acceleration of the manipulator compared with an allowable limit. For example the negative acceleration achieved by the brake a minimum delay to be achieved by the brake during operation, the brake is rated as functional. additionally or alternatively, the rating may also be based on speed by detecting, for example, whether a braked movement despite accelerating forces due to drive, gravitation or the like does not exceed an allowable speed.
Zusätzlich oder alternativ wird in einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung auf Basis der erfassten Bewegung eine von der Bremse auf den Manipulator aufgebrachte Bremskraft bestimmt und mit einem zulässigen Grenzwert verglichen. Insbesondere, wenn die weiteren auf den Manipulator wirkenden Kräfte bekannt sind, wie dies beispielsweise bei der vorgegebenen Antriebskraft oder der von der Stellung abhängigen Gewichtskraft der Fall ist, oder vernachlässigt werden dürfen, wie dies beispielsweise für Lagerreibungen, Luftwiderstand und dergleichen angenommen werden kann, kann gemäß Gleichung (1) die Bremskraft τB aus der erfassten Bewegung bestimmt und überprüft werden, ob diese Bremskraft eine von der Bremse im Betrieb mindestens zu erreichenden Bremskraft erreicht oder übersteigt.Additionally or alternatively, in another embodiment of the present invention, one of the brake is based on the sensed motion the manipulator applied braking force determined and compared with an allowable limit. In particular, when the other forces acting on the manipulator are known, as is the case for example with the given driving force or the position-dependent weight force, or may be neglected, as may be assumed, for example, for bearing friction, air resistance and the like According to equation (1), the braking force τ B determined from the detected movement and checked whether this braking force reaches or exceeds an at least to be reached by the brake during braking.
Der vorstehend genannte Grenzwert für eine Bewegung, insbesondere Beschleunigung, bzw. Bremskraft kann einer mit einem Sicherheitsfaktor multiplizierten Sollgröße für die Bremse entsprechen. Soll beispielsweise eine Bremse eine Achse des Manipulators bei Höchstgeschwindigkeit innerhalb einer vorgegebenen Zeit stillsetzen können, kann der Grenzwert durch Division dieser vorgegebenen Zeit durch einen Sicherheitsfaktor größer eins erhalten werden.Of the aforementioned limit for movement, in particular Acceleration or braking force can be multiplied by a safety factor Setpoint for the brake correspond. Should For example, a brake an axis of the manipulator at maximum speed can shut down within a given time the limit by dividing this given time by a Safety factor greater than one can be obtained.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die die Bewegung beschreibende Größe und/oder die auf Basis der erfassten Bewegung bestimmte Bremskraft auch dadurch mit dem Grenzwert verglichen werden, dass ein Quotient mit diesem Grenzwert gebildet wird, der somit die Güte der Bremse in Relation zu dem dann als Referenzwert dienenden Grenzwert, beispielsweise in Prozent, angibt. So kann vorteilhaft eine Bremse, die beispielsweise 150% der erforderlichen Mindestverzögerung erzielt und somit große Sicherheitsreserven aufweist, von einer Bremse unterschieden werden, die 100% der erforderlichen Mindestverzögerung erzielt, also nur gerade noch als funktionstüchtig zu bewerten ist. Auf diese Weise können insbesondere Sicherheitsreserven der Bremse erfasst werden. In dieser bevorzugten Ausführung wird daher die Bremse nicht nur binär in „funktionstauglich” oder „nicht funktionstauglich” klassifiziert, sondern ihre Güte feiner bewertet, beispielsweise in „nicht funktionstauglich”, „gerade noch funktionstauglich”, „funktionstauglich mit kleiner Sicherheitsreserve”, „funktionstauglich mit großer Sicherheitsreserve” und dergleichen, wobei einzelne Bereiche des Quotienten verschiedenen Güteklassen zugeordnet oder der Quotient als solches die Güte der Bremse definiert.In a preferred embodiment of the present invention can be the size describing the movement and / or the braking force determined based on the detected movement also thereby be compared with the limit that a quotient with this Limit is formed, thus the quality of the brake in relation to the then serving as a reference value limit, for example in percent, indicates. So can advantageously a brake, for example 150% of the required minimum delay achieved and thus having large safety reserves, of a brake which are 100% of the required minimum delay achieved, so only just as functional to evaluate is. In this way, especially safety reserves the brake are detected. In this preferred embodiment Therefore, the brake is not only binary in "functional" or "not functional "but their goodness finer rated, for example, in "not functional", "straight still functional "," functional with small safety reserve "," functional with a large safety margin "and the like, where individual ranges of the quotient are different grades assigned or the quotient as such, the quality of the brake Are defined.
Zu diesem Zweck können alternativ die Bewegung beschreibende Größe und/oder die auf Basis der erfassten Bewegung bestimmte Bremskraft auch mit verschiedenen Grenzwerten verglichen und so klassifiziert werden, indem etwa die Grenzwerte sukzessive größer bzw. kleiner werden und beispielsweise eine Bremse, deren Bremskraft auch einen zweiten, größeren Grenzwert übersteigt, besser bewertet wird als eine Bremse, deren Bremskraft nur einen ersten, kleineren Grenzwert übersteigt, nicht mehr jedoch den zweiten, größeren.To Alternatively, the movement can be descriptive of this purpose Size and / or based on the detected movement certain braking force also compared with different limits and so classified by, for example, the limit values successively get bigger or smaller and for example a brake whose braking power is also a second, larger Exceeds the limit, is rated better than a brake, whose braking force exceeds only a first, smaller limit, but not the second, bigger one.
Die auf den Manipulator aufgebrachte Antriebskraft kann derart vorgegeben werden, dass der Manipulator seine Bewegungsrichtung und/oder Bewegungsgeschwindigkeit ändert. Insbesondere bei Drehungen um eine von der Vertikalen abweichenden Achse wirkt die Gewichtskraft in einer Bewegungsrichtung bremsend, in der anderen beschleunigend. Wird die Antriebskraft derart vorgegeben, dass der Manipulator beide Bewegungsrichtungen durchläuft, und dabei jeweils die Bremse geschlossen und die Bewegung des Manipulators erfasst, können die Gravitationseinflüsse kompensiert werden. Wird beispielsweise ein Glied eines Manipulators in einer ersten Bewegung q1(t) um die Horizontale nach oben geschwenkt, so dass die Gewichtskraft eine rückstellende Kraft –τG bewirkt, und anschließend in einer gegensinnigen Bewegung q2(t) um die Horizontale nach unten geschwenkt, so dass aus der Gewichtskraft eine beschleunigende Kraft τG resultiert, kann aus Gleichung (1) die wirkende Gewichtskraft eliminiert und so die tatsächlich wirkende Bremskraft τB bestimmt werden.The force applied to the manipulator driving force can be specified such that the manipulator changes its direction of movement and / or movement speed. In particular, when rotating about an axis deviating from the vertical axis, the weight acts in one direction of braking, accelerating in the other. If the driving force is predetermined in such a way that the manipulator passes through both directions of movement, thereby closing the brake and detecting the movement of the manipulator, the effects of gravity can be compensated. For example, if a limb of a manipulator in a first movement q1 (t) is pivoted upwards about the horizontal, so that the weight force causes a restoring force -τ G , and then pivoted in an opposite movement q2 (t) to the horizontal downwards, so that an accelerating force τ G results from the weight force, the acting weight force can be eliminated from equation (1) and thus the actually acting braking force τ B can be determined.
Dies kann an einem sehr einfachen Beispiel verdeutlicht werden. Soll die als Bremse wirkende Gleitreibung τB = μ × m × g × cos(α) eines Klotzes, der durch die konstante Kraft F auf einer unter α geneigten schiefen Ebene bewegt wird, bewertet werden, wobei m seine Masse, g die Gravitationskonstante und μ den Gleitreibungskoeffizienten bezeichnen, so wird seine Beschleunigung d2q1/dt2 in Richtung der schiefen Ebene bei Bergaufziehen mit F, die sich aus ergibt, mit der Beschleunigung d2q2/dt2 verglichen, die sich beim Bergabziehen mit dieser Kraft ergibt This can be illustrated by a very simple example. Let the sliding friction τ B = μ × m × g × cos (α) of a pad, which is moved by the constant force F on an inclined plane inclined at α, be evaluated, where m is its mass, g is the gravitational constant and μ denotes the sliding friction coefficient, then its acceleration d 2 q1 / dt 2 in the direction of the inclined plane when climbing with F, resulting from gives, compared with the acceleration d 2 q 2 / dt 2 , which results when pulling down with this force
Durch Subtraktion beider erfassten Bewegungen ergibt sich bei bekannter Zugkraft F und erfasster Beschleunigung d2q/dt2 die wirkende Gleitreibung bzw. Bremskraft zu By subtracting both detected movements resulting in known tensile force F and detected acceleration d 2 q / dt 2, the effective sliding friction or braking force
Eine Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit erlaubt die Bewertung der Bremse als Betriebsbremse für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche. Da beispielsweise der Gleitreibungskoeffizient einer Reibbremse ebenso wie das induzierte Widerstandsdrehmoment einer Wirbelstrombremse geschwindigkeitsabhängig sind, kann so die Eignung der Bremse als Betriebsbremse für verschiedene Geschwindigkeiten des Manipulators geprüft werden. Gleichermaßen kann das erfindungsgemäße Verfahren auch nacheinander mit verschieden großen Antriebskräften, die zu verschieden schnellen Bewegungen des Manipulators führen, durchgeführt werden.A change in the speed of movement allows the assessment of the brake as a service brake for different speed ranges. For example, since the coefficient of sliding friction of a friction brake as well as the induced resistance The torque of an eddy current brake are speed-dependent, so the suitability of the brake can be checked as a service brake for different speeds of the manipulator. Likewise, the method according to the invention can also be carried out in succession with drive forces of different magnitudes, which lead to movements of the manipulator that are of different speeds.
Die auf den Manipulator aufgebrachte Antriebskraft kann im Wesentlichen einer Prüfkraft der Bremse, insbesondere einer mit einem Sicherheitsfaktor multiplizierten Mindestbetriebskraft der Bremse entsprechen. Wird beispielsweise ein Arm eines Manipulators um die Vertikale mit dem 1,3-fachen des vorgeschriebenen Bremsdrehmomentes geschwenkt und die auf diese Achse wirkende Bremse geschlossen, so muss der Arm darauf mit einem entsprechenden Abbremsen reagieren. Je nachdem, ob und gegebenenfalls um das Wievielfache dieses Abbremsen einer vorgeschriebenen Mindestverzögerung entspricht, wird dann die Bremse bewertet.The Actually, the driving force applied to the manipulator can be substantially reduced a test force of the brake, in particular one with a Safety factor multiplied minimum operating force of the brake correspond. For example, an arm of a manipulator to the Vertical with 1.3 times the prescribed braking torque pivoted and the brake acting on this axis closed, so the arm must respond to it with a corresponding deceleration. Depending on whether and if necessary by how many times this deceleration corresponds to a prescribed minimum delay is then the brake rated.
Die Bremse kann in einer bevorzugten Ausführung ein- oder mehrfach geschlossen und anschließend wieder geöffnet werden, während die Bewegung des Manipulators erfasst wird. Hierdurch wird zum einen die vorstehend erläuterte Umkehrung der Bewegungsrichtung erleichtert, zum anderen kann auch sogenanntes Bremsfading, insbesondere das Nachlassen der Bremswirkung mit der Anzahl der Bremsungen bewertet werden.The Brake can in a preferred embodiment one or more times closed and then reopened, while the movement of the manipulator is detected. This will on the one hand, the above-described reversal of the direction of movement facilitates, on the other hand, so-called brake fading, in particular the Decreasing the braking effect with the number of braking evaluated become.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorgegebenen Zeitabständen wiederholt werden, wobei die dabei gewonnenen Bewertungen der Bremse, insbesondere zusammen mit Zustandsparametern während der Bewertung, gespeichert werden können. Solche Zustandsparameter können beispielsweise Position und/oder Geschwindigkeit des Manipulators, Temperatur, gegriffene Nutzlast, Zeitpunkt der Bewertung und dergleichen umfassen. Somit kann die Historie der Bewertungen protokolliert werden. In einer bevorzugten Weiterbildung kann auf Basis dieses Bewertungsprotokolls, beispielsweise durch geeignete, insbesondere lineare oder exponentielle Extrapolation der Bewertungen über der Zeit, auch eine Prognose für die Bremse erstellt werden. Sinkt beispielsweise die vorstehend mit Bezug auf einen Referenzwert beschriebene Bremsgüte über äquidistante Bewertungen von 150% über 140%, 130%, 120% auf 110%., so kann prognostiziert werden, dass diese Bremse zum Zeitpunkt der nächsten Messung gerade noch funktionstauglich sein wird, danach nicht mehr. Hierdurch kann frühzeitig Verschleiß der Bremse erkannt und ein und Versagen verhindert werden.The inventive method can be specified in Time intervals are repeated, with the won Brake ratings, in particular together with state parameters during the evaluation, can be saved. Such state parameters can be position, for example and / or speed of the manipulator, temperature, gripped Payload, time of evaluation and the like include. Consequently the history of the reviews can be logged. In a preferred development can be based on this evaluation protocol, for example, by suitable, in particular linear or exponential Extrapolation of reviews over time, even one Forecast for the brake to be created. Sinks, for example the above described with reference to a reference value quality of the brake over equidistant Ratings from 150% over 140%, 130%, 120% to 110%., So can be predicted that this brake at the time of the next Measurement will just be functional, then no more. This can prematurely wear the brake detected and prevented and failure.
Mehrere Bremsen des Manipulators können gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren nacheinander oder gleichzeitig geschlossen werden, während vorgegebene Antriebskräfte auf den Manipulator aufgebracht und seine Bewegungen erfasst werden. Durch das gleichzeitige Schließen kann eine zeitsparende Prüfung der auf verschiedene Achsen wirkenden Bremsen durchgeführt werden. Durch das Prüfen einzelner Achsen nacheinander kann hingegen insbesondere eine gegenseitige Beeinflussung der Prüfergebnisse vermieden werden.Several Braking the manipulator can according to the methods described above, successively or simultaneously be closed while given drive forces applied to the manipulator and its movements are detected. Closing at the same time can save time Checking the brakes acting on different axles become. By checking individual axes one after the other On the other hand, in particular, a mutual influence of the test results be avoided.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:Further Advantages and features emerge from the subclaims and the embodiments. This shows, partially schematically:
Bezüglich
dieser Position wird gemäß (1) die Bewegung des
Roboterarmes unter Vernachlässigung weiterer Einflüsse
beschrieben durch wobei m die Masse des Armes
und l seine Schwerpunktlage beschreibt. In einem ersten Schritt
S10 (vgl.
Ohne
Bremsen (τB(t) = 0) würde
der Arm vereinfacht in der in
Gemäß eines
Bremsprüfungsverfahrens nach einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung, dessen Ablauf in
Dementsprechend
hebt sich, wie in
Übt
die Bremse, beispielsweise aufgrund Verschleißes, bei demselben
Prüfablauf nur ein geringeres Bremsdrehmoment τB auf die Horizontalachse des Roboters
Hierzu
wird beispielsweise eine bei dieser Prüfung minimal zu
erreichende Zeit bis zum Stillstand ts0 durch die erreichte Zeit
ts dividiert. Dieser Quotient ts0/ts stellt ein proportionales Maß für
die Güte der Bremse dar, wobei ein Quotient ts0/ts < 1 einer nicht funktionstauglichen
Bremse, ein Quotient ts0/ts1 einer gerade noch funktionstauglichen
Bremse, der Quotient ts0/ts2 = 120% (strichliert in
Diese
Bewertung wird zusammen mit der Temperatur und dem Zeitpunkt der
Prüfung aufgezeichnet und die Prüfung in vorgegebenen
Zeitintervallen wiederholt. Liegen beispielsweise zwischen den in
- 11
- Roboterrobot
- Position (Gelenkwinkel)position (Joint angle)
- τA τ A
- Antriebsdrehmomentdrive torque
- τB τ B
- BetriebsbremsdrehmomentService brake torque
- tt
- ZeitTime
- tbtb
- Schließen der BremseShut down the brake
- ts1, ts2ts1, ts2
- Zeit bis StillstandTime until standstill
- TT
- Zeitkonstante Antriebsdrehmomenttime constant drive torque
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - EP 1239354 B1 [0003, 0004, 0005] - EP 1239354 B1 [0003, 0004, 0005]
- - EP 1215475 B1 [0005] - EP 1215475 B1 [0005]
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- - EN 60204 [0002] - EN 60204 [0002]
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